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物理化学里一些常见的“零”

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一楼喂度娘


来自Android客户端1楼2021-03-27 11:36回复
    二楼备用


    来自Android客户端2楼2021-03-27 11:36
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      We = 0
      这里的We指体积功。
      根据体积功的定义,常见的有以下几种情况:
      (1) 向真空膨胀(自由膨胀)。因为pamb = 0(amb指环境)
      (2) 恒容过程(dV=0)。题目里如提到刚性密闭容器,即可当成恒容过程处理。
      (3) 凝聚态物质(液体、固体)的压力变化不太大的过程。因为凝聚态物质很难压缩,在的近似计算当中,尤其是体系中同时有气体存在时,液体和固体的体积变化可以忽略不计,We≈0。
      (4) 理想气体的节流膨胀过程。
      这一点看起来似乎有点矛盾,膨胀后体积增大,为什么We = 0?这是因为这里的环境压力不止一个,节流膨胀过程有前后两个压力同时做功,两个功是分开计算的。上游的环境压力做正功,下游的环境压力做负功。对于理想气体,恰好有We = 0。
      (5) 不一定W = 0的过程:循环过程


      来自Android客户端4楼2021-03-27 11:37
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        ΔX= 0(X为任意状态函数)
        (1) 循环过程,状态复原。任意状态函数的变化量为零。注意X和ΔX的区别,新手往往不太在意。比如节流膨胀,描述为“H不变”或者是“ΔH为零”,切不可说成,“节流过程的H为零”或者“ΔH不变”
        (2) 凝聚态体系的恒温变压过程(压力变化不太大的情况),除压力外,其它状态函数的变化量都可以近似等于零。因为压力对凝聚态物质的影响很小。但是如果压力很大,则状态函数的变化量不可忽略。这种“很大”,往往指的是MPa以上的级别,比如求水的凝固点随外压的变化(克拉佩龙方程了解一下),要10MPa数量级的压力才能使水的凝固点有较明显的改变。


        来自Android客户端5楼2021-03-27 11:37
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          ΔU= 0
          (1)恒容绝热,没有非体积功的过程
          恒容:We= 0,绝热:Q= 0,没有非体积功,Wf= 0。因此根据热一定律有ΔU= 0。比如恒容绝热容器中进行的化学反应,或者恒容绝热容器中的气体混合过程。
          (2)恒熵,恒容可逆过程,且没有非体积功
          其实这就是上一个过程的特例换了一种说法。恒熵过程其实就是绝热可逆过程。根据热力学基本方程:dU=TdS–pdV,熵和体积都不变时,dU= 0。
          (3)理想气体的等温过程
          这个就是老生常谈了。初学者一定要注意应用条件,理想气体,没有相变,没有化学反应。比如水的等温相变,等温下的化学反应,不管它是吸热反应还是放热反应,ΔU都不等于零。
          (4)理想气体自由膨胀或真实气体绝热自由膨胀
          (5)理想气体的节流膨胀过程
          (6)理想气体或理想液态混合物的等温混合过程
          (7)求爆炸的最高温度和压力时,假设ΔU= 0
          要求爆炸的最高温度和压力,实际是求一种理想情况,即爆炸过程没有向环境释放能量(热和功),使得体系本身的能量达到最大。爆炸过程瞬间完成,可以近似认为Q= 0,而炸弹在爆炸前的一刻,可以认为体积不变,W= 0。此时如果爆炸反应已经进行完毕,炸弹内的温度和压力恰好达到最大值。接下来炸弹爆炸,向外膨胀做功,体系的热力学能则迅速减少。所以爆炸达到最高温度和压力是一种理想情况,如果玩过鞭炮会有经验,炸药裹得越紧,鞭炮威力就越大,这是为了提高外壳的抗压能力,不使它过早爆炸(反应还没进行完就膨胀了)所以根据以上假设,计算最高温度和压力,需要假设过程的ΔU= 0。
          (8)等温过程不一定ΔU= 0!(见第(3)条)
          (9)爆炸过程ΔU< 0。不要和第(6)条弄混了。


          来自Android客户端6楼2021-03-27 11:38
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            ΔH= 0
            (1) 等压绝热,没有非体积功的过程
            等压的意思是:p初 = p末 = pamb。在等压,无非体积功的条件下,ΔH = Q(建议大家自己推导一下)。如果同时满足绝热条件,则有ΔH = 0。如带活塞的绝热容器里进行的化学反应,或者恒压绝热容器中的气体混合过程。
            (2) 恒熵恒压可逆过程,且没有非体积功。根据dH = TdS + Vdp,dH = 0。
            (3) 理想气体的等温过程。同ΔU。因为H = U+ pV = U + nRT,理想气体的U和nRT都只是温度的函数,所以H也只和温度有关。
            (4) 节流膨胀过程
            (5) 理想气体或理想液态混合物的等温混合过程
            (6) 求火焰燃烧的最高温度,假设ΔH = 0。
            同理这也是一个假设的一个理想过程。火焰要想达到最高温度,理想情况下也是不向环境散热。恒压燃烧且不向环境散热,则有ΔH = 0,据此可以求出火焰的最高温度。
            (7) 最稳定单质的ΔfHmɵ(标准摩尔生成焓)
            见标准摩尔生成焓的定义。最稳定单质最常考的就是石墨,最有意思的是白磷。白磷在热力学上的稳定性不如红磷,但是红磷结构复杂不易研究,白磷结构简单被人为定义成了“最稳定单质”。
            (8) 完全燃烧产物的ΔcHmɵ(标准摩尔燃烧焓)
            氢的完全燃烧产物是液态水,C的完全燃烧产物是CO2(g),S是SO2(g),N是N2(g),Cl是HCl (aq)。完全燃烧产物并不一定是最高价氧化物,而是在有机物燃烧后最常得到的产物。如此定义更方便测量。


            来自Android客户端7楼2021-03-27 11:38
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              S = 0
              0 K时,完美晶体纯物质的熵为零。(热力学第三定律)
              第三定律对熵的基准进行了规定。


              来自Android客户端8楼2021-03-27 11:38
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                ΔS= 0
                (1) 绝热可逆过程
                有些劣质参考书,在计算绝热可逆过程熵变的时候会这样写。因为绝热,Q = 0,所以ΔS = Q/T = 0。这样写是错误的。ΔS = Q/T的适用条件是恒温可逆过程。绝热可逆过程的熵变是由熵变的定义式推导的。由熵变定义,当过程绝热可逆时,δQr = 0,可知ΔS = 0。
                (2) 绝热过程中环境的熵变
                这里的环境专指大气、热源等无限大的环境。因为环境无限大,所以任何变化都是无限缓慢的可逆过程,环境的温度也不会有明显改变,可视作等温。等温可逆过程的熵变等于Q/T。所以如果过程绝热,环境的熵变一定为零。
                (3) 可逆过程中系统和环境的总熵变
                这就是熵判据内容的一部分。用系统和环境的总熵变判断过程是否自发。可逆过程,系统和环境的总熵变为零。


                来自Android客户端9楼2021-03-27 11:39
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                  ΔA= 0
                  恒温恒容可逆过程:即亥姆霍兹函数判据,注意公式的适用条件。


                  来自Android客户端10楼2021-03-27 11:39
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                    ΔG= 0
                    (1) 恒温恒压可逆过程:即吉布斯函数判据,注意该公式的适用条件。
                    (2) 可逆相变。
                    可逆相变一定是恒温恒压可逆过程,所以过程的ΔG = 0。
                    (3) 始末态和可逆相变相同的不可逆相变
                    这是一个常考的考点。最常见的例子是,100 oC,101.325 kPa的液态水,向真空蒸发成同温同压下的水蒸气。这个过程不是可逆过程(可逆过程要求系统压力始终等于环境压力,而这里环境为真空,压力为零),但是该过程的始末态和水在100 oC时的可逆相变相同。根据状态函数的性质,有相同的ΔG,即ΔG = 0。但是特别注意的是,由于过程不是恒压,因此这里不能使用吉布斯函数判据来判断过程的自发性,通常只能使用熵判据。(注:这里也可以使用亥姆霍兹函数判据,虽然液态水和水蒸气的体积不同,但是如果把真空也看成系统的一部分,则可以当成恒容过程来看。)有兴趣的朋友可以顺便计算一下可逆相变和同始末态的不可逆相变的ΔU,ΔH,Q 和W 。
                    (4) 化学反应达到平衡时的ΔrGm(摩尔反应吉布斯函数)。
                    注意,这里不能把ΔrGm写成ΔG。注意理解ΔrGm的概念。
                    (5) 最稳定单质的ΔfGmɵ = 0。(和ΔfHmɵ类似。)


                    来自Android客户端11楼2021-03-27 11:39
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                      F = 0(自由度)
                      (1) 单组分物质的三相点。F = 1 -3 + 2 = 0
                      (2) 两组分体系的四相点。 F = 2 - 4 + 2 = 0
                      (3) 两组分系统T-x图或p-x的三相线。条件自由度F = 2- 3 + 1 = 0
                      (4) 自由度等于零的情况很多,没法专门整理。还是要扎扎实实学好相律,才能做出准确的判断。相律的应用是一个让人头秃的难点,有机会我们再聊聊。


                      来自Android客户端12楼2021-03-27 11:40
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                        E = 0
                        电池反应达到平衡。根据原电池热力学,有ΔrGm=-zFE。


                        来自Android客户端13楼2021-03-27 11:40
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                          谢谢老哥,感激不尽


                          IP属地:广东来自手机贴吧14楼2021-05-07 22:24
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                            谢谢😊


                            IP属地:山东来自Android客户端15楼2021-10-16 16:13
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                              IP属地:陕西来自Android客户端18楼2021-10-29 19:50
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